Nowe materiały do budowy wysokowydajnych organicznych ogniw słonecznych
Technologia fotowoltaiczna jest jedną z najszybciej rozwijających się technologii opartych na energii odnawialnej, które mogą pomóc zaspokoić rosnące światowe zapotrzebowanie energetyczne. OPV jawi się jako technologia przetwarzania energii o ogromnym potencjale w zakresie wysokiej wydajności i niskich kosztów procesu produkcji, a ponadto wykorzystanie powszechnie dostępnych, nietoksycznych materiałów sprawia, że jest ona przyjazna dla środowiska. Fotowoltaika organiczna może wiele zyskać również dzięki szerszej palecie materiałów funkcjonalnych pod warunkiem, że ich właściwości, takie jak ruchliwość ładunków, przerwa energetyczna, fotonapięcie czy wewnętrzna stabilność, zostaną odpowiednio dostosowane w drodze starannego projektowania i syntezy. Dlatego też dobór odpowiednich materiałów umożliwiających optymalizację współczynnika pochłaniania światła i fotonapięcia stanowi duże wyzwanie i wymaga jak najszybszego udoskonalenia struktury dostępnych obecnie tworzyw. Celem finansowanej z funduszy unijnych inicjatywy MUJULIMA (Innovative materials for multiple junction OPVs and for improved light management), w którą zaangażowało się szerokie grono uniwersytetów, instytutów badawczych i partnerów przemysłowych, było rozwiązanie wybranych problemów stojących na drodze do wdrożenia technologii OPV. Kluczem do realizacji założeń projektu był wybór wysokowydajnych materiałów światłoczułych nadających się do zastosowania w stosach wielozłączowych ogniw słonecznych przygotowanych z roztworu. Wykorzystanie donorowo-akceptorowych polimerów sprzężonych odpowiednio zróżnicowanych pod względem przerw energetycznych pomogło zapewnić urządzeniom jedno-, dwu- i trójzłączowym wysoką wydajność. Dodatkowo materiały użyte do budowy przemienników częstotliwości sygnałów w górę i w dół umożliwiły skuteczniejsze zarządzanie światłem oraz większą wydajność procesu przemiany energii. Oprócz syntezy nowych materiałów osiągnięcie wysokiej wydajności procesu przemiany energii w obrębie technologii OPV wymagało opracowania odpowiednich receptur tuszu, optymalizacji struktury ogniw, a także opracowania procesu druku metodą ink-jet. Naukowcy opracowali również testy przyspieszonego starzenia mające na celu identyfikację i zaradzenie mechanizmom zużywania się urządzeń, aby jeszcze bardziej wydłużyć okres eksploatacji i stabilność poszczególnych modułów. Konsorcjum zaprezentowało osiągnięcia projektu w obrębie trzech zastosowań, które obejmowały: przeznaczone do stosowania wewnątrz pomieszczeń niewielkie rozwiązania OPV dla inteligentnych urządzeń domowych, średniej wielkości panele dla małej architektury miejskiej oraz duże, elastyczne dachowe panele słoneczne przeznaczone dla autobusów. Biorąc pod uwagę istotne korzyści pod względem kosztów i elastyczności procesów produkcyjnych, znaczne oszczędności oferowane przez rozwiązania OPV pozwolą im zająć wysoką pozycję na rynku energetyki słonecznej – pod warunkiem, że osiągną one większą wydajność i stabilność.
Słowa kluczowe
Ogniwa słoneczne, fotowoltaika organiczna, zarządzanie światłem, przerwa energetyczna, fotonapięcie, MUJULIMA
